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Überarbeitung der statistischen Guidance zu OECD Prüfrichtlinien (OECD Series on Testing and Assessment No. 54)

Hintergrund: Datenanforderungen der Europäischen Verordnungen für Industriechemikalien (REACH 1907/2006/EG), Pflanzenschutzmittel (1107/2009/EG), Biozide (528/2012/EG), Tierarzneimittel (2019/6/EG) und der Richtlinie für Arzneimittel (2004/28/EG und 2004/27/EG) basieren auf standardisierten ökotoxikologischen Labor- und Freilandtests., i.d.R. OECD-Prüfrichtlinien. Die Festlegung der statistischen Auswertung der Labordaten erfolgt derzeit in den einzelnen OECD-Prüfrichtlinien mit Hinweis auf die 2006 veröffentlichten Grundprinzipien der statistischen Auswertung für OECD-Prüfrichtlinien im OECD Dokument Nr. 54 'Current approaches in the statistical analysis of ecotoxicity data: a guidance to application'. Die im OECD Dokument Nr. 54 beschriebenen Methoden sind (teilweise) überholt und es fehlen geeignete Methoden für die Auswertung von nicht-normalverteilten Daten. Nicht-normalverteilte Daten kommen standardmäßig in aquatischen Mesokosmen und Freilandstudien an Bodenorganismen und Arthropoden vor, die eine zentrale Rolle in der Zulassung von Chemikalien spielen. Eine Überarbeitung des OECD Dokuments Nr. 54 ist dringend notwendig, weil es direkte Auswirkungen auf die statistische Auswertung aller OECD-Prüfrichtlinien für die Bewertung von Auswirkungen auf Nichtzielorganismen hat. Forschungsziele sind: 1. Aktualisierung von OECD Dokument Nr. 54 - Aufnahme fehlender Methoden-Prüfung und Aktualisierung enthaltener Methoden, 2. Überführung des OECD Dokument Nr. 54 in ein OECD Guidance Dokument (verbindlicher) - Ermöglichung direkter Verweise zu bestehenden OECD-Prüfrichtlinien und der Vereinheitlichung statistischer Verfahrensweisen innerhalb bestehender OECD Prüfrichtlinien sowie eine präzisierte Ableitung der abgeleiteten Endpunkte zur Verbesserung der Risikobewertung für Chemikalien.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Mechanismen der Wiederherstellung der ober- und unterirdischen Artenvielfalt und der Ökosystemfunktionen im Grünland nach Landnutzungsextensivierung

Wir benötigen effiziente Renaturierungsmaßnahmen, um die fortschreitende Verschlechterung der biologischen Vielfalt, der Funktionen und der Dienstleistungen des europäischen Grünlandes durch Nutzungsintensivierung aufzuhalten. Nutzungsextensivierung könnte die einfachste Technik zur Grünlandrenaturierung sein, beruhend auf der Idee, dass die Rückkehr zur Nutzungsintensität eines Referenz-Grünlandsystems zur Wiederherstellung artenreicher Pflanzengemeinschaften, ihrer Funktionen und der Dienstleistungen ausreicht. Allerdings sind die Mechanismen, der Zeitrahmen und das Potenzial der Extensivierung als Restaurierungsmaßnahme unklar. Dies schränkt die Möglichkeiten der politischen Entscheidungsträger ein, zu bestimmen, wann Extensivierung als Instrument zur Renaturierung der Artenvielfalt, Funktion und Ökosystemdienstleistungen von Grünland angemessen ist. Das ReCovFun-Projekt schlägt einen neuen ganzheitlichen Ansatz vor, um diese Wissenslücken zu schließen: i) Identifizierung des Extensivierungspotenzials im Hinblick auf eine ganzheitliche Auswahl von Restaurierungszielen; ii) Untersuchung der Mechanismen, die den Extensivierungseffekten auf die multitrophische Vielfalt, die Funktionen und die Ökosystemdienstleistungen von Grünland zugrunde liegen; und iii) Ausarbeitung von Szenarien und Bewirtschaftungsrichtlinien für den optimalen Nutzen der Extensivierung als Instrument der Grünlandrenaturierung. Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass Verschiebungen in den Prozessen des Nährstoffkreislaufs und die damit verbundenen Interaktionen zwischen Pflanzen- und Bodengemeinschaften eine zentrale Rolle für die Auswirkungen der Landnutzung auf Grünlandökosysteme spielen. Das RecovFUN-Projekt untersucht daher die Mechanismen der Extensivierung, indem es die damit verbundenen Veränderungen der Umweltbedingungen quantifiziert, d. h. die Verfügbarkeit von Nährstoffen, Licht und Etablierungsstellen. Dann misst es die Reaktionen der Pflanzen- und mikrobiellen Bodengemeinschaften, ihre funktionellen Merkmale und Interaktionen auf diese Veränderungen und ermittelt die Folgen für den Nährstoffkreislauf im Boden und die Biomasseproduktion. Die neuartigen, standortübergreifenden Experimente (REX, LUX) zur Reduzierung der Grünlandnutzung im Rahmen des Projekts Biodiversity Exploratories (BE) dienen als ideale Plattform zur Bewertung der Extensivierungsmechanismen und ihres Potenzials als Instrument zur Grünlandrenaturierung. Der wesentliche Mehrwert von RecovFun für die aktuellen BE-Ziele liegt in i) seinem Beitrag zum mechanistischen Verständnis der Beziehungen zwischen Landnutzung, Biodiversität und Funktionsweise, ii) der Integration der untersuchten Mechanismen in den soziokulturellen und akteursbezogenen Kontext der Grünlandrenaturierung und iii) den Möglichkeiten der Datensynthese durch die Übertragung etablierter Mechanismen für Pflanzen-Boden-Interaktionen auf andere Organismengruppen und damit verbundene Funktionen und Dienstleistungen.

Distribution and concentration of nutrients, carbon compounds and methane in water samples in the southern German Bight (North Sea) in February 2025 , during MOSES Sternfahrt 13

Previous Sternfahrten were mainly conducted in spring and summer. To cover the seasonal aspects more thoroughly, including a winter situation, Sternfahrt 13 was conducted in February 2025 (10–12 February). We used the RV Heincke (cruise HE653/2) instead of the RV Uthörn. The Heincke's draught is greater, so we could not reach all of our previous stations. Surface and bottom water samples were taken with a rosette; in the event of stratification in the water column, an additional sample was taken from the middle.

Vertiefung des Verständnisses des aquatischen Methankreislaufs durch innovative isotopische Ansätze und Untersuchung der Methanoxidation

Methan (CH4) ist ein potentes Treibhausgas, das zur globalen Erwärmung beiträgt und eine wichtige Rolle in der Atmosphärenchemie spielt. Aquatische Systeme wurden kürzlich als bedeutende Quellen von CH4 identifiziert, die bis zu 50 % zu den globalen CH4-Emissionen ausmachen. Es besteht jedoch weiterhin erhebliche Unsicherheit über das Ausmaß dieser Emissionen, insbesondere über deren räumliche und zeitliche Treiber. Dies gilt besonders für CH4-Emissionen aus den aquatischen Systemen der Arktis, die bisher kaum untersucht wurden. Um das Verständnis des globalen CH4-Budgets zu verbessern, ist es daher entscheidend die Quellen von CH4 in aquatischen Systemen genau zu charakterisieren und zu klassifizieren. Aktuelle Methoden zur Klassifizierung von CH4-Quellen nutzen stabile Isotopenverhältnisse wie stabile Kohlenstoff- (delta13C) und Wasserstoff- (delta2H) Isotopenwerte von CH4 (13C vs. 2H Diagramme) sowie geochemische Bernard-Verhältnisse, welche die molaren Verhältnisse von CH4 zu Ethan und Propan gegen delta13C-CH4 Werte darstellt (Bernard-Diagramme). Beide Diagramme werden verwendet, da verschiedene CH4-Quellen durch spezifische Bereiche von delta13C- und delta2H-CH4-Werten sowie Bernard-Verhältnissen charakterisiert sind. Eine wesentliche Einschränkung ergibt sich aus der CH4-Oxidation (MOx) durch methanotrophe Bakterien, die in aquatischen Umgebungen weit verbreitet sind. Dieser Prozess verändert die CH4-Konzentrationen und stabilen Isotopenwerte sowie die Ethan- und Propankonzentrationen, wobei die Oxidation dieser Gase bezüglich der CH4-Quellenklassifizierung bisher unberücksichtigt bleibt. Dies kann zu einer erschwerten Klassifizierung von CH4-Quellen bis hin zu Fehlinterpretationen führen. Ein vielversprechender neuer Parameter, um die Klassifizierung von CH4-Quellen in dieser Hinsicht zu verbessern, ist der sogenannte Delta(2,13)-Parameter, der auf den delta13C- und delta2H-Werten von CH4 basiert, jedoch zusätzlich für die durch MOx verursachte Isotopenfraktionierung korrigiert. Derzeit beeinträchtigen jedoch die begrenzte Nutzung des Delta(2,13) Parameters sowie fehlendes Wissen über potenzielle Einflussfaktoren seine Zuverlässigkeit und erfordern eine systematische Untersuchung. Das Ziel von AMIOX ist es, das Verständnis des aquatischen CH4-Kreislaufs zu vertiefen, indem die Klassifizierung von CH4-Quellen und -Senken in gemäßigten und arktischen aquatischen Systemen verbessert wird. Dies soll durch die Einführung des neuen Delta(2,13)-Parameters in Kombination mit Bernard- und 13C vs. 2H-CH4 Diagrammen erreicht werden. Um diese Ziele zu erreichen, werde ich den Einfluss von MOx auf die Delta(2,13)-Werte und Bernard-Verhältnisse durch drei weit verbreitete methanotrophe Spezies in Laborstudien unter verschiedenen Umweltbedingungen untersuchen. Schließlich werde ich die erworbenen Erkenntnisse im Feld anwenden, um das Verständnis des CH4-Kreislaufs in Seen in gemäßigten Breiten in Deutschland und arktischen Seen in Grönland zu verbessern.

Beeinflussen Chemikalien Ökosystemfunktionen im Sediment?

Der Energiehaushalt von Bachoberläufen in bewaldeten Einzugsgebieten hängt stark vom Eintrag allochthonen organischen Materials (bspw. Laubstreu) ab. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, zu verstehen, wie die in diesem Material gebundene Energie für das Nahrungsnetz verfügbar gemacht werden. Dies istbesonders vor dem Hintergrund des stetig zunehmenden Drucks durch Schadstoffe von Signifikanz. Obwohl sich ca. 90 % dieses organischen Materials im Hyporheal akkumulieren, wurden die Auswirkungen von chemischem Stress auf dessen Abbau fast ausschließlich in der benthischen Zone untersucht. Die Bedeutung dieser Wissenslücke wird durch die fehlende Übertragbarkeit der beobachteten Auswirkungen von Schadstoffen auf diesen ökosystemaren Prozess zwischen benthischen auf hyporheische Habitat unterstrichen. Darüber hinaus unterscheiden sich innerhalb des hyporheische Habitats die Umweltbedingungen zwischen Zonenmit ab- bzw. aufsteigendes Oberflächen- bzw. Grundwasser deutlich, was eine Verallgemeinerung der Beobachtungen zusätzlich erschwert. INFUSED tritt an unser Verständnis über die Auswirkungen von Schadstoffen auf den Abbau organischen Materials besser zu verstehen, indem das Projekt über benthische Systeme hinaus geht. INFUSED wird die Auswirkungen von Fungiziden und Antibiotika auf die Zersetzung organischer Stoffe in den auf- und absteigenden Zonen des Hyporheal experimentell untersuchen und diese Beobachtungen den Auswirkungen in der benthischen Zone gegenüberstellen; letztere dient als Referenzpunkt. Die indirekten Auswirkungen dieser antimikrobiellen Schadstoffe auf Detritivorenwerden durch Nahrungswahlversuche und anschließende Langzeit-Fütterungstests adressiert. Ein Folgeexperiment wird sich auf Insektizide konzentrieren, die sich direkt auf die Aktivität von Detritivoren auswirken können. Diese Studie testet die Hypothese, dass die Aktivität der Detritivoren sich ins Sediment einzugraben negativ beeinflusst wird, was sich auf ihre Fähigkeit auswirkt, vergrabenes organisches Material zu erreichen und folglich zu konsumieren. Durch die Kombination beider Ansätze werden direkte und indirekte Effekte in einem naturnahen Nahrungsnetz untersucht. Durch die Nutzung von organischem Material, markiert durch stabile Isotopen, kann INFUSED die relative Bedeutung dieser Nahrungsquelle für komplexe Nahrungsnetze quantifizieren. INFUSED basiert somit auf der Hypothese, dass Fungizide und Antibiotika sowohl den Abbau organischen Material als auch dessen Qualität als Nahrung für Detritivore (in)direkt beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu wirken sich Schadstoffe welche Detritivoren beeinflussen (z. B. Insektizide) top down auf den Abbau organischen Materials aus. Folglich wird INFUSED unser Verständnis der möglichen Auswirkungen von Schadstoffen auf den Abbau organischen Materials im Hyporheal deutlich erweitern.

Langfristige Nachwirkungen („legacy“) und Grenzen der Trockentoleranz von Buchen-/Fichtenbeständen Teil A - Auswirkungen von wiederkehrender Trockenheit und Erholung nach Trockenstress auf das Wachstum von Rein- und Mischbeständen - Analyse über zeitliche und räumliche Skalen

Das „Kranzberg Forest Roof Project“ (KROOF) wird seit 2013 durch die DFG gefördert. Die Expertise der drei, der TUM zugehörigen Gruppen, decken die Waldwachstumskunde, Ökophysiologie und Rhizosphärenbiologie ab. Im Rahmen des Weave-Programmes ist die Universität Innsbruck beteiligt. In der ersten Förderperiode (KROOF 1) wurde in einem adulten Buchen/Fichten-Mischbestand in Süddeutschland ein Austrocknungsexperiment mit ca. 100 Bäumen konzipiert und die Auswirkungen von mehrjähriger Sommertrockenheit auf Bäume und deren Ektomykorrhizen erfasst. Vergleichend wurde die Anpassung an langjährige Trockenheit an fünf Standorten entlang eines Niederschlagsgradienten untersucht. In der zweiten Förderperiode (KROOF 2) stand die Erholung der Bestände im Zentrum des Interesses. In der nun beantragten dritten Förderperiode soll die Vorbehandlung durch Trockenheit genutzt werden, um die Bäume einem erneuten Trockenstress auszusetzten. Dadurch soll geklärt werden, ob die Bestände durch die vorangegangene Trockenheit angepasst, d.h. weniger empfindlich, gegenüber dem erneuten Trockenstress sind, oder ob die Vorbehandlung zu einer Vorschädigung geführt hat und die Bäume dadurch früher an die Grenzen ihrer Trockentoleranz stoßen und letale Schädigungen erleiden. Durch die induzierte, potentiell letale Trockenheit sollen Mechanismen der Trockenheitsresistenz und Prozesse des Absterbens der Bäume erarbeitet werden. Im Zentrum stehen die folgenden Hypothesen:„Mixing“-Hypothese: Mischbestände profitieren von der strukturellen Heterogenität und asynchroner Ressourcennutzung bei Trockenheit.„Weakest link“-Hypothese: Die Anpassung an Wassermangel wird bei extremer Trockenheit durch den Zusammenbruch des schwächsten Glieds des Wassertransports entlang des Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum außer Kraft gesetzt.„Legacy“-Hypothese: Baumbodensysteme, die einer früheren Trockenheit ausgesetzt waren, kommen besser mit erneuter Trockenheit zurecht als solche die zum ersten Mal extreme Trockenheit erleiden.Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, die vielschichtigen Reaktionsweisen von Rein- und Mischbeständen aus Fichte und Buche auf wiederholte Trockenheitsereignisse zu untersuchen. Es nutzt Daten aus KROOF 1 und KROOF 2 und wird durch neue Messungen ergänzt. Das Vorhaben beleuchtet Akklimatisierungsmechanismen von der Organ- bis zur Bestandsebene und analysiert die Folgen wiederholter Dürre auf Baumwachstum und Sterblichkeit. Das Ziel besteht darin, die empirischen Ergebnisse in das prozessorientierte Einzelbaumwachstumsmodell BALANCE zu integrieren. Dies ermöglicht präzise Simulationen und Untersuchungen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Dimensionen. Entscheidende Einblicke in das dynamische Zusammenspiel zwischen Wäldern und ihrer sich verändernden Umwelt können gegeben werden, was sowohl der Wissenschaft als auch der nachhaltigen Waldbewirtschaftung zugutekommen wird.

Forschergruppe (FOR) 5094: Dynamik des tiefen Untergrundes von Hochenergiestränden, Teilprojekt Stoffwechselraten: Von oxischen zu anoxischen Prozessen

Durch DynaDeep wird ein Verständnis der Funktionsweise und Relevanz des Land-Meer Übergangs im Untergrund von Hochenergiestränden gewonnen werden. Wir nehmen an, dass dieser einen hoch dynamischen Bioreaktor und einzigartiges mikrobiologisches Habitat darstellt und Netto-Stoffflüsse in Richtung Meer stark beeinflusst. Um dieses Ziel zu erreichen werden sechs Teilprojekte gemeinsam Felduntersuchungen und experimentelle Arbeiten durchführen und diese mit mathematischen Modellen integrativ kombinieren. Teilprojekt P2 wird die Raten oxischer und anoxischer Respirationsprozesse in Abhängigkeit von zeitlichen Fluktuationen und räumlichen, physikalischen und chemischen Heterogenitäten untersuchen. Wir stellen die Hypothese auf, dass die heterogene Verteilung von partikulärer und gelöster organischer Substanz zu Heterogenitäten in den Stoffwechselraten innerhalb der dynamischen tiefen STE führt, und dass die räumliche Zonierung der Stoffwechselprozesse durch das gleichzeitige Auftreten mehrerer Metabolismen, insbesondere an dynamischen Grenzen, zusätzlich beeinträchtigt wird. Wir werden die Respirationsraten der oxischen und anoxischen Prozesse und ihre Wechselwirkungen mit der heterogenen Verteilung der organischen Substanz, den Porenwassergeschwindigkeiten und den Redox-Bedingungen, die durch Änderungen der Strandmorphodynamik und der Grundwasserströmung verursacht werden, experimentell bestimmen. Wissenschaftliche Bohrungen, mehrstufige Beobachtungsbrunnen, Direct-Push und manuelle Kernbohrungen ermöglichen die Entnahme von ungestörten Sedimentkernen und Porenwässern, an denen wir mittels Kombination von Inkubationsexperimenten mit moderner Sauerstoffsensorik, chemischer Analytik und Isotopenmarkierungstechnik Ratenmessungen des Respirationsstoffwechsels durchführen werden. Der Stoffwechsel von Mikroorganismen beeinflusst die Nährstoff-, Spurenmetall- und Redoxbedingungen in den Sedimenten und steuert die Umwandlung und den Umsatz von organischer Substanz. Auf diese Weise werden wir Informationen über die Verteilungen, Reaktionsgeschwindigkeiten und Überschneidungen der respiratorischen Stoffwechselwege im gesamten STE liefern und die Auswirkungen veränderter Randbedingungen auf diese Parameter bewerten. Dieses Wissen ist wesentlich für die Interpretation der Ergebnisse in P3-P5 und wird entscheidende Details für die Modellierungsansätze in P6 liefern, welche es DynaDeep ermöglichen werden, die Funktionsweise der dynamischen STE zu beschreiben.

CTD (MARUM 13894, SBE 37) data collected during the DAUNE experiment near Helgoland

This data set contains CTD data collected during the DAUNE experiment using the given sensor. The goal of this experiment was to reach a common understanding of how measurement uncertainty can be derived initially focusing on temperature data. Data collection was performed using the AWI O2A infrastructure (https://epic.awi.de/id/eprint/37171/) which performs automatized near real time quality control. During the data ingest and archival process, the hereby assigned quality flags used by the O2A system have been transformed into the pangaea flagging scheme as follows, flagging symbols are shown in brackets: O2A Flag ->PANGAEA Flag No quality control (0) ->unknown (*) Good data (1) ->valid () Probably good (2) ->questionable (?) Probably bad (3) ->questionable (?) Bad (4) ->not valid (/)

REACH Praxisführer RIP 3.2 / 3.5

First-principles kinetic modeling for solar hydrogen production

The development of sustainable and efficient energy conversion processes at interfaces is at the center of the rapidly growing field of basic energy science. How successful this challenge can be addressed will ultimately depend on the acquired degree of molecular-level understanding. In this respect, the severe knowledge gap in electro- or photocatalytic conversions compared to corresponding thermal processes in heterogeneous catalysis is staggering. This discrepancy is most blatant in the present status of predictive-quality, viz. first-principles based modelling in the two fields, which largely owes to multifactorial methodological issues connected with the treatment of the electrochemical environment and the description of the surface redox chemistry driven by the photo-excited charges or external potentials.Successfully tackling these complexities will advance modelling methodology in (photo)electrocatalysis to a similar level as already established in heterogeneous catalysis, with an impact that likely even supersedes the one seen there in the last decade. A corresponding method development is the core objective of the present proposal, with particular emphasis on numerically efficient approaches that will ultimately allow to reach comprehensive microkinetic formulations. Synergistically combining the methodological expertise of the two participating groups we specifically aim to implement and advance implicit and mixed implicit/explicit solvation models, as well as QM/MM approaches to describe energy-related processes at solid-liquid interfaces. With the clear objective to develop general-purpose methodology we will illustrate their use with applications to hydrogen generation through water splitting. Disentangling the electro- resp. photocatalytic effect with respect to the corresponding dark reaction, this concerns both the hydrogen evolution reaction at metal electrodes like Pt and direct water splitting at oxide photocatalysts like TiO2. Through this we expect to arrive at a detailed mechanistic understanding that will culminate in the formulation of comprehensive microkinetic models of the light- or potential-driven redox process. Evaluating these models with kinetic Monte Carlo simulations will unambiguously identify the rate-determining and overpotential-creating steps and therewith provide the basis for a rational optimization of the overall process. As such our study will provide a key example of how systematic method development in computational approaches to basic energy sciences leads to breakthrough progress and serves both fundamental understanding and cutting-edge application.

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